TRẠNG THÁI KHÍ

Ạ

ẠTR NG THÁI KHÍ TR NG THÁI KHÍ

Hoá Đ i C Hoá Đ i C

ng A1 ng A1

ạ ươ ạ ươ

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

Các tính ch t c a khí Các tính ch t c a khí

ấ ủ ấ ủ

• M i v t ch t t n t

i

3 pha: r n, l ng và

ấ ồ ạ ở

ọ ậ

ỏ

ắ

khí.

ấ

ễ ị ộ ể

ứ

ậ

• Các ch t khí d b nén, ép và phân b ố trong toàn b th tích v t ch a chúng. • Khi m t ch t khí b nén, th tích c a nó ị

ủ

ộ

ể

ấ

gi m.ả

• Các ch t khí luôn luôn t o h n h p đ ng

ợ

ồ

ỗ

ấ

ạ th v i các ch t khí khác.

ể ớ

ấ

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

ÁP SU TẤ ÁP SU TẤ

Áp su t không khí và khí áp k (barometer) Áp su t không khí và khí áp k (barometer) • Áp su t là l c tác d ng trên m t đ n v di n

ế ế ộ ơ

ấ ấ ấ

ị ệ ụ ự

tích:

P =

F A

• Tr ng l c t o nên m t l c lên khí quy n c a trái ộ ự ể ủ ự ạ

ọ đ t. ấ

• M t c t không khí ti t di n ế ệ 1 m2 t o nên m t l c ộ ự ạ

ộ ộ là 105 N.

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

• Áp su t c a c t không khí 1 m2 là 100 kPa. ấ ủ ộ

áp k (barometer) í í áp k (barometer)

Áp su tấ Áp su tấ Áp su t không khí và kh ấ Áp su t không khí và kh ấ

ế ế

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

Áp su tấ Áp su tấ

áp k (barometer) íí áp k (barometer)

ế ế

2; 1 Pa = 1 N/m2. c đo b i áp k ế ở c đo b i áp k ế ở

ượ ượ

ế ứ ể

• N u m t c t (mao qu n) nhúng trong m t v t ộ ậ ả ch a th y ngân thông v i khí quy n, m c th y ủ ự ớ ế 760 mm trong c t.ộ ngân s dâng lên đ n

• Áp su t chu n c a khí quy n là áp su t t o

Áp su t không khí và kh ấ Áp su t không khí và kh ấ • H đ n v SI : 1 N = 1 kg.m/s ị ệ ơ • Áp su t không khí đ Áp su t không khí đ ấ ấ (barometer) (barometer) ộ ộ ủ ẽ ấ

ấ ạ ể

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

đ c m c thu ngân là 760 mm of Hg trong c t. ượ ự ộ ẩ ủ ỷ

Đ n v :

ơ

ị

• SI: 1 pascal (Pa) = 1 N/m2 • Thông th

ngườ :1 atm = 760 mm Hg = 760 torr = 14.7 lb/in2 (psi) = 101.325 kPa = 1.013 bar

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

Áp su tấ Áp su tấ Áp su t không khí và kh Áp su t không khí và kh

áp k (barometer) íí áp k (barometer)

ấ ấ

ế ế

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

ệ ệ và áp k ế và áp k ế

Áp su tấ Áp su tấ Áp su t c a các khí trong h kín ấ ủ Áp su t c a các khí trong h kín ấ ủ (Manometer) (Manometer)

• Áp su t c a các khí trong h không thông v i khí

ớ

ệ

quy n đ ể

c đo b ng áp k (manometers). ế

• M t áp k g m m t b u ch a khí g n vào m t ng

ấ ủ ượ ế ồ

ộ

ộ ố

ắ

ứ hình ch U (U-tube) ch a Hg.

ữ

ấ ủ

ế ố

ữ

ấ ỏ

ộ

ệ

ề

ằ ộ ầ ứ • N u ng hình ch U đóng, áp su t c a khí là s ự chênh l ch c a chi u cao ch t l ng trong c t (th

ủ ng là th y ngân) ủ

• N u ng hình ch U m thông v i khí quy n, ta s ử

ở

ớ

ể

ườ ế ố ữ d ng h th c sau: ệ ứ ụ – N uế Pgas < Patm thì Pgas + Ph2 = Patm. – N uế Pgas > Patm thì Pgas = Patm + Ph2.

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

ệ ệ và áp k ế và áp k ế

Áp su tấ Áp su tấ Áp su t c a các khí trong h kín ấ ủ Áp su t c a các khí trong h kín ấ ủ (Manometer) (Manometer)

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

Các đ nh lu t c a ch t khí ậ ủ Các đ nh lu t c a ch t khí ậ ủ

ấ ấ

ị ị

ệ ữ ệ ữ

ể ể

ấ ấ

ị ị

M i liên h gi a th tích và áp su t: Đ nh M i liên h gi a th tích và áp su t: Đ nh (Robert Boyle, 1662) (Robert Boyle, 1662)

ậ

ố ố ậlu t Boyle lu t Boyle

ộ ượ

c a m t l ớ ng ch t khí ấ (t ấ ủ i ạ

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

t đ không đ i) . Đ nh lu t Boyle ậ ị nh t đ nh thì ấ ị nhi ệ ộ : Th tích ủ ể v i áp su t c a nó ngh ch t l ị ỷ ệ ổ

ấ ấ

ị ị ệ ữ ệ ữ

ấ ấ ậ ậ

Các đ nh lu t c a ch t khí ậ ủ Các đ nh lu t c a ch t khí ậ ủ M i liên h gi a th tích và áp su t: Đ nh lu t ị ể ố M i liên h gi a th tích và áp su t: Đ nh lu t ị ể ố BoyleBoyle ể

• Bi u th c toán h c: ứ ọ

V

constant ·

=PV

constant

1 P

P1V1 = P2V2 (at constant T)

ộ

ự ồ ị ủ ộ ả

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

• Đ th c a V theo P là m t hyperbola. • T đ ồ ị ủ ng t ươ ng th ng đi qua g c to đ ườ , đ th c a V theo 1/P ph i là m t ẳ ạ ộ ố

The Gas Laws The Gas Laws The Pressures-Volume Relationship: Boyle’s The Pressures-Volume Relationship: Boyle’s

LawLaw

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

Các đ nh lu t c a ch t khí ậ ủ Các đ nh lu t c a ch t khí ậ ủ

ấ ấ

ị ị

ệ ữ ệ ữ ể ể : Đ nh lu t t đ ệ ộ : Đ nh lu t ị t đ ị ệ ộ ậ ậ

M i liên h gi a th tích và nhi ố M i liên h gi a th tích và nhi ố Charles ((Jacques Charles, 1787) Charles

• Chúng ta đ u bi ầ

c đ t nóng. ề ượ

c a m t l ng ch t ủ ấ ở ị ị

ộ ượ ổ tăng khi t i áp su t không đ i ạ

ọ

constant

=

t r ng khí trong khinh khí c u ế ằ n ra khi đ ố • Đ nh lu t Charles : Th tích Đ nh lu t Charles ể ậ ậ khí nh t đ nh ấ ấ ị t đệ ộ tăng nhi • Bi u th c toán h c: ứ ể = constant

V

T

V T

(at constant P)

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

Các đ nh lu t c a ch t khí ậ ủ Các đ nh lu t c a ch t khí ậ ủ

ấ ấ

ị ị

The Temperature-Volume Relationship: The Temperature-Volume Relationship:

Charles’s Law Charles’s Law

ộ ườ

c đo b ng (cid:176) C, đ th c t tr c hoành t i ng th ng ẳ ồ ị ắ ụ ạ

• Đ th c a V theo T là m t đ • Khi T đ nhi ệ ộ

đ không tuy t đ i ồ ị ủ ượ t đ là • Chúng ta đ nh nghĩa ị ằ -273.15(cid:176) C. ộ ệ ố

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

(absolute zero), 0 K = -273.15(cid:176) C.

The Gas Laws The Gas Laws

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

: Đ nh lu t : Đ nh lu t

Các đ nh lu t c a ch t khí ấ ậ ủ ị Các đ nh lu t c a ch t khí ấ ị ậ ủ ng và th tích s l M i liên h gi a ể ố ượ ệ ữ s l ng và th tích M i liên h gi a ể ố ượ ệ ữ

ậ ậ ị ị

ố ố Avogadro Avogadro

ề ế ợ ể ạ

ậ ệ ộ ủ ể

• Đ nh lu t Gay-Lussac v k t h p th tích: T i t đ và áp su t xác đ nh, th tích c a các ị ng ng v i h s t ớ ệ ố ỷ ươ ấ ả ứ ứ

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

ng. ị nhi khí tham gia ph n ng t l ượ

• Gi ả

ấ ủ

: nh ng ữ thuy t c a Avogadro ế ủ nhau c a các ch t khí t i cùng nhi ạ su tấ thì ch a ứ cùng s l ố ượ ể

t l ỷ ệ ớ ố ị

th tích nh ư ể t đ và áp ệ ộ ử ch t khí. ng phân t ấ • Đ nh lu t Avogadro t i ạ : Th tích c a ch t khí ấ ủ ậ ị nhi v i s mol t đ và áp su t xác đ nh thì ệ ộ ấ c a ch t khí ấ ủ

V = constant ·

n.

i 25

(cid:176)C luôn ch a 6.02

1023

ấ

ạ

ứ

22.4 L ch t khí b t kỳ t phân t

ấ khí.

ử

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

ng ng

ươ ươ

ưở ưở

Ph ng trình khí lý t Ph ng trình khí lý t • Các đ nh lu t: ị

ậ

Boyle: V (cid:181) 1/P Charles: V (cid:181) T Avogadro: V (cid:181) n (constant n, T) (constant n, P) (constant P, T).

i: ế ợ ạ

• K t h p l

V (cid:181)

• Ph ng trình khí lý t

nT P ng:

ươ ưở

(cid:246) (cid:230)

(cid:247) (cid:231)

= RV

ł Ł

nT P

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

Ph Ph

ng trình khí lý t ng trình khí lý t

ng ng

ươ ươ

ưở ưở

PV = nRT. ng =

• R = h ng s khí lý t 0.08206 L*atm/mol*K. ưở ố

= 82.06 mL*atm/mol*K = 8.314 J/mol*K = 1.987 cal/mol*K ằ R

• STP (standard temperature and pressure)

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

i STP is 22.4 L. = 0(cid:176) C, 273.15 K, 1 atm. • Th tích c a 1 mol khí t ủ ể ạ

ng ng

Ứ Ứ

ng d ng c a đ nh lu t khí lý t ị ng d ng c a đ nh lu t khí lý t ị

ủ ủ

ụ ụ

ậ ậ

ưở ưở

ng phân t ng phân t ủ ủ ỷ ọ ỷ ọ

: ử : ử ng trên th tích ơ ể

ưở ng v i M ớ

TT tr ng c a khí và kh i l tr ng c a khí và kh i l ố ượ ố ượ • T tr ng có đ n v là kh i l ỷ ọ • Nhân 2 v c a ph ế ủ ng phân t

(kh i l ị ươ ử ố ượ

ố ượ ng trình khí lý t ), chúng ta có: P RT

== d

P M RT

n V n M V

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

ng phân t c a m t ch t khí nh v y ấ ư ậ ộ

có th xác đinh nh sau: • Kh i l ố ượ ể ử ủ ư

dRT P

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

ợ ợ

ấ ấ

HHỗỗn h p khí và áp su t riêng ph n n h p khí và áp su t riêng ph n ầ ầ (Gas Mixtures and Partial Pressures) (Gas Mixtures and Partial Pressures)

ử

có th xem nh chúng đ c l p v i nhau. • Vì các phân t ể

khí phân b xa nhau nên chúng ta ư • Đ nh lu t Dalton ậ

ị ợ ủ ầ ủ ằ

ổ ầ

(cid:246) (cid:230)

(cid:247) (cid:231) ố ộ ậ ớ : Áp su t t ng c ng c a m t h n ậ ổ ộ ỗ ộ h p khí thì b ng t ng áp su t riêng ph n c a m i ỗ ấ khí trong thành ph n h n h p đó. ợ ỗ Pt = P1 + P2 + P3 + … ưở ỗ

P ng: i

n i

ł Ł

RT V

(cid:246) (cid:230)

(

(cid:247) (cid:231) • M i khí đ u tuân theo PT khí lý t ề • Combining equations: Pt n 2

) + 3 n

n 1

ł Ł

RT V

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

ấ ấ ầ ầ

i t o nên áp su t riêng

( (Mole Fractions) Mole Fractions) ấ

ạ

Áp su t riêng ph n và phân mol Áp su t riêng ph n và phân mol • G i ọ ni là s mol c a khí ố iPt, ph n ầ Pi, thì v i: ớ C ủ Pi = C i là phân mol(ni/nt).

Collecting Gases over Water Collecting Gases over Water

c ti n hành t ng h p, các khí th ng ượ ế ợ ổ ườ

đ c s c qua n c. • Sau khi đ ượ ụ ướ

ể ạ

ấ ầ ỉ

• Đ tính toán chính xác l ệ c. ng khí t o thành, chúng ượ ta c n hi u ch nh thành ph n áp su t riêng ph n ầ ầ c a n ủ ướ

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

Ptotal = Pgas + Pwater

Gas Mixtures and Partial Pressures Gas Mixtures and Partial Pressures Collecting Gases over Water Collecting Gases over Water

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

ử ử

ọ ọ

ế ộ ế ộ

c xây d ng nh m gi i thích tính ằ ả

ấ

chuy n đ ng. ử ộ ể

Thuy t đ ng h c phân t Thuy t đ ng h c phân t Kinetic-Molecular Theory Kinetic-Molecular Theory • Là lý thuy t đ ự ế ượ ch t các ch t khí ấ • Là lý thuy t c a các phân t ế ủ • Các gi

ng r t l n các phân t

chuy n đ ng

ượ

ấ ớ

ử

ộ

ể

đ nh: ồ

ả ị – Các khí g m l không ng ng.ừ

– Th tích c a các phân t ủ

ử ấ

r t nh so v i th tích v t ớ

ỏ

ể

ậ

có th b qua. ể ỏ

ng có th đ

ổ

ể

i nhi

ử ữ ể ượ nh ng t ng đ ng năng la không đ i t ổ ạ ộ

c chuy n đ i gi a các phân t đ ệ ộ

ổ

ể ch a.ứ – Các l c liên phân t ự – Năng l ượ t ư ử xác đ nh. ị

– Đ ng năng trung bình c a các phân t

tỳ l

thu n

ệ

ậ

v i nhi

t đ .

ộ ớ

ệ ộ

ủ H Th C m Hoài, PhD

ử 28

ị ẩ

ồ

Kinetic-Molecular Theory Kinetic-Molecular Theory

• Kinetic molecular theory

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

gives us an understanding of pressure and temperature on the molecular level. • Pressure of a gas results from the number of collisions per unit time on the walls of container.

Thuy t đ ng h c phân t Thuy t đ ng h c phân t

ế ộ ế ộ

ọ ọ

ử ử

ộ ạ • Đ m nh c a áp su t ph thu c vào s l ấ ụ ủ

ố ượ và đ m nh c a các va ch m c a các phân t ộ ủ ộ ạ ủ ạ ng . ử

khí s h u chung giá tr đ ng năng ử ở ữ ị ộ

khí có năng l ượ

ng khác nhau. ủ

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

• Các phân t trung bình. • M i phân t ử ỗ • Khi nhi t đ tăng, đ ng năng trung bình c a các ệ ộ ộ khí tăng lên. phân t ử

Kinetic-Molecular Theory Kinetic-Molecular Theory

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

Thuy t đ ng h c phân t Thuy t đ ng h c phân t

ế ộ ế ộ

ọ ọ

ử ử

• Khi đ ng năng tăng, v n t c c a các phân t khí ậ ố ủ ộ ử

tăng

• V n t c trung bình, ậ ố ủ

u, là v n t c c a m t phân ộ e liên h qua h ệ ệ ộ

ậ ố t khí có đ ng năng trung bình ử th cứ

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

e = ½mu2

Kinetic-Molecular Theory Kinetic-Molecular Theory

Application to the Gas Laws Application to the Gas Laws • As volume increases at constant temperature, the

average kinetic of the gas remains constant. Therefore, u is constant. However, volume increases so the gas molecules have to travel further to hit the walls of the container. Therefore, pressure decreases.

• If temperature increases at constant volume, the

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

average kinetic energy of the gas molecules increases. Therefore, there are more collisions with the container walls and the pressure increases.

• Khi đ ng năng tăng, v n t c c a các phân t khí ậ ố ủ ộ ử

• Đ ng năng trung bình c a m t ch t khí có liên ủ ộ ấ

h v i kh i l tăng. ộ ệ ớ ố ượ

ệ ộ t đ , khí nh h n có v n ẹ ơ ậ

ng c a nó: ủ e = ½mu2. • Xét hai khí t i cùng nhi ơ ạ t c l n h n. ố ớ

RT

u

3= M

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

Molecular Effusion and Diffusion Molecular Effusion and Diffusion

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

Khí th c: S sai bi Khí th c: S sai bi

t v i khí lý t t v i khí lý t

ng ng

ự ự

ệ ớ ệ ớ

ưở ưở

• Ph ng trình khí lý t ng: ươ ưở

n

PV = RT

ạ ọ ấ

ạ

su t càng cao, s sai bi ố ớ ấ

• Do: khí th c có m t giá tr th tích t ệ ị ể

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

• Cho 1 mol of khí, PV/RT = 1 t i m i áp su t. • Đ i v i khí th c, ự ộ ự i l c hút liên phân t ự PV/RT thay đổi tùy lo i khí. Áp t càng nhi u ề . i h n t ớ ạ ạ gi a các phân t i T=0 và khí ử s t n t ự ồ ạ ự ử ữ

Real Gases: Deviations from Ideal Real Gases: Deviations from Ideal Behavior Behavior

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

• Ph ng trình khí lý t ươ

n

ng ưở PV = RT

ọ ạ

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

gi ng khí lý t • Cho 1 mol of khí, PV/RT = 1 t i m i nhi t đ . ệ ộ • Đ i v i khí th c, khi T tăng các khí tr nên ở ng h n. ơ ố ớ ố ự ưở

Real Gases: Deviations from Ideal Real Gases: Deviations from Ideal Behavior Behavior

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

Real Gases: Deviations from Ideal Real Gases: Deviations from Ideal Behavior Behavior

• Khi tăng áp su t, các phân t i g n ấ ử khí b ép l ị ạ ầ

g n nhau h n, th tích c a v t ể ơ ử ầ ủ ậ

ỏ ạ

ỗ

ứ ậ ơ ứ ướ ế ầ

ề ơ ấ ố

ử ữ ấ

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

nhau h n. ơ • Khi các phân t i. ch a nh l • V t ch a nh h n, phân t khí chi m ch nhi u ử ỏ ơ h n tr khí g n nhau h n, c, các phân t ử gi m xu ng, l c h p kho ng cách liên phân t ử ả ả ự , khí ít gi ng khí d n xu t hi n gi a các phân t ố ệ ẫ ng h n. lý t ưở ơ

Real Gases: Deviations from Ideal Real Gases: Deviations from Ideal Behavior Behavior

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

Real Gases: Deviations from Ideal Real Gases: Deviations from Ideal Behavior Behavior

• Khi tăng nhi

khí chuy n

ử

ể

t đ , các phân t ệ ộ đ ng nhanh và xa nhau h n.

ơ

ộ • Nhi

ệ

ượ

ng b ẻ

ộ gãy l c liên phân t

.

t đ tăng cũng tăng năng l ử ự

t đ tăng khí càng gi ng khí lý

• Do đó, nhi

ệ ộ

ố

t

ng.

ưở

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

Real Gases: Deviations from Ideal Real Gases: Deviations from Ideal Behavior Behavior

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

ng trình van der Waals ng trình van der Waals

ươPh ươ Ph

ế ố ươ

ng và l c h p ng trình khí lý t ử ưở ự ấ

thêm vào ph đ hi u ch nh th tích các phân t ể ỉ d n liên phân t • Hai y u t ể ệ ẫ ử

P

2 an 2

nRT V nb

V

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

v i ớ a and b là nh ng h ng s th c nghi m ố ự ữ ệ ằ

lên áp ưở ủ ự ủ

• Đ hi u nh h ể ể ả ấ ng c a l c liên phân t ử ộ ấ

ẽ

va ch m vào ạ ẫ ủ ự ị ự ấ ụ ả ậ

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ

su t, ta th y khi m t phân t thành bình ch a nó s ch u l c h p d n c a các ứ phân t k c n làm gi m đi tác d ng l c va đ p ử ế ậ vào thành bình.

H Th C m Hoài, PhD

ị ẩ

ồ